KR20160018916A - 기지국용 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 25 ~ 40도의 수평 빔폭을 출력하면서 안테나 빔의 사이드 로브(side lobe)를 억제할 수 있도록 한 기지국용 안테나에 관한 것으로, 수평 방향 패턴 중 주 빔 이외의 방향으로 방사되는 사이드 로브를 효과적으로 억제시킬 수 있는 기지국용 안테나를 제공하는 데 있다. 본 발명은 베이스 플레이트, 베이스 플레이트 상에 배치되고, 복수의 제1 복사 소자가 1열로 배치된 제1 복사 소자 군과, 복수의 제2 복사 소자가 제1 복사 소자 군의 양측에 각각 1열로 배치되되 제1 복사 소자 군의 제1 복사 소자와 엇갈리게 배치되는 제2 복사 소자 군을 구비하고, 25 ~ 40도의 수평 빔폭을 출력하여 제1 밴드의 빔을 방사하는 제1 복사 소자 어레이를 포함한다.

Description

기지국용 안테나{Antenna of communication station}

본 발명은 기지국용 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 25 ~ 40도의 수평 빔폭을 출력하면서 안테나 빔의 사이드 로브(side lobe)를 억제할 수 있도록 한 기지국용 안테나에 관한 것이다.

개인 휴대전화의 보편화와 최근 스마트폰 및 타블렛 PC의 보급 증가로 통화 및 무선 인터넷을 위한 전파 사용량이 급증하고 있다. 언제 어디서나 전화 및 인터넷을 사용하려는 고객들의 요구와 통신 속도, 통화 품질에 대한 고객들의 불만은 날로 증가하고 있다.

건물 같은 실내뿐만 아니라 실외, 기존의 기지국 및 이동통신용 중계기로부터 거리가 멀거나 지형지물에 의해 전파가 잘 전달되지 않는 음영지역에서의 통화 품질 저하를 방지하기 위해 각 통신사들은 음영지역에 기지국 및 이동통신용 중계기를 추가로 설치하고 있다.

기지국 및 이동통신 중계기의 중요한 구성 요소인 안테나는 전파를 송수신하는 핵심적인 장치로서 전파를 송수신 한다.

배열소자를 이용한 배열안테나의 경우, 신호의 위상 및 크기를 조절하여 복사패턴의 형상 및 빔조향 복사패턴의 구현이 전기적으로 가능하다. 복사 소자의 배열 개수에 따라 빔폭 및 이득을 결정하며, 배열된 복사 소자의 위상을 조절하여 요구하는 방향으로 주빔을 조향 할 수 있다.

이와 같은 배열안테나는 일반적으로 하나의 복사 소자를 수직방향으로 다단 배열하여 50 ~ 70도의 수평 빔폭을 출력할 수 있지만, 25~ 40도의 수평 빔폭을 출력하기 위해서는 하나의 복사 소자를 다단으로 수직 배열하여 구현하기가 불가능하다.

따라서 25 ~ 40도의 수평 빔폭을 출력하기 위해서는 50 ~ 70도의 수평 빔폭을 출력하는 복수의 복사소자를 M×N(여기서, M = 2이상, N = 2 또는 3) 매트릭스 배열하여 구현하는 방법을 사용하고 있다.

이와 같이 복수의 복사소자를 M×N(여기서, M = 2이상, N = 2 또는 3) 매트릭스 배열하여 수평 빔폭 25 ~ 40도가 구현된 안테나는 원치 않은 사이드 로브가 발생되어 안테나의 성능을 저해시키는 문제점이 있었다.

이에 따라 현재까지는 사이드 로브를 억제하기 위하여, 수평 방향으로 복사 소자를 추가하는 등의 방법이 사용되어 왔다.

그러나 수평 방향으로 복사 소자를 추가하여 사이드 로브를 억제하는 방법은 사이드 로브는 억제 되지만, 복사 소자 갯수의 증가에 따라 안테나 무게와 크기가 증가하는 문제점이 발생되었다.

한편 다중 대역의 안테나 배열을 위해 복수의 복사소자를 M×N(여기서, M = 2이상, N = 2 또는 3) 매트릭스 배열하고, 남은 공간에 다른 대역의 복사 소자를 배열하게 되는데 이 경우, 복사 소자 간의 간섭 현상이 발생하여 안테나의 성능을 저해시키는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-0269584호 (2000.07.21.)

따라서 본 발명의 목적은 수평 방향 패턴 중 주 빔 이외의 방향으로 방사되는 사이드 로브를 효과적으로 억제시킬 수 있는 기지국용 안테나를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 다중 대역의 안테나 배열 시 복사 소자 간의 간섭을 최소화 시킬 수 있는 기지국용 안테나를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 베이스 플레이트, 상기 베이스 플레이트 상에 배치되고, 복수의 제1 복사 소자가 1열로 배치된 제1 복사 소자 군과, 복수의 제2 복사 소자가 상기 제1 복사 소자 군의 양측에 각각 1열로 배치되되 상기 제1 복사 소자 군의 복수의 상기 제1 복사 소자와 엇갈리게 배치되는 제2 복사 소자 군을 구비하고, 25 ~ 40도의 수평 빔폭을 출력하여 제1 밴드의 빔을 방사하는 제1 복사 소자 어레이를 포함한다.

본 발명에 따른 기지국용 안테나에 있어서, 상기 제1 복사 소자 어레이의 상기 제1 및 제2 복사 소자가 마름모 형상으로 배열된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 기지국용 안테나에 있어서, 상기 제1 복사 소자 또는 상기 제2 복사 소자는 50 ~ 70도의 수평 빔폭을 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 기지국용 안테나에 있어서, 상기 제1 복사 소자 및 상기 제2 복사 소자와 다른 대역의 제3 복사 소자가 상기 제1 복사 소자 어레이의 빈 공간에 배치되어, 제2 밴드의 빔을 방사하는 제2 복사 소자 어레이를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 기지국용 안테나에 있어서, 상기 제2 복사 소자 어레이의 상기 제3 복사 소자는 상기 제1 복사 소자 군 의 상기 제1 복사 소자 또는 상기 제2 복사 소자 군의 상기 제2 복사 소자 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 기지국용 안테나는 제1 복사 소자 및 제2 복사 소자를 마름모 형상으로 배열하여 수평 방향 패턴 중 주 빔 이외의 방향으로 방사되는 사이드 로브를 효과적으로 억제시킬 수 있다.

본 발명에 따른 기지국용 안테나는 제1 복사 소자 및 제2 복사 소자를 마름모 형상으로 배열하고, 남은 공간에 제2 밴드의 빔을 방사하는 제3 복사 소자를 배열하여 안테나 전체 크기가 단축 되면서도 하나의 베이스 플레이트 내에서 듀얼 밴드를 지원할 수 있다.

본 발명에 따른 기지국용 안테나는 제1 복사 소자 및 제2 복사 소자를 마름모 형상으로 배열하고, 남은 공간에 제2 밴드의 빔을 방사하는 제3 복사 소자를 배열하여 복사 소자 간의 간섭을 최소화 시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국용 안테나의 구성을 나타낸 정면도이다.
도 2는 비교예 1에 따른 기지국용 안테나의 구성을 나타낸 정면도이다.
도 3은 비교예 2에 따른 기지국용 안테나의 구성을 나타낸 정면도이다.
도 4는 비교예 1에 따른 기지국용 안테나의 수평 빔 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 5는 비교예 2에 따른 기지국용 안테나의 수평 빔 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국용 안테나의 수평 빔 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기지국용 안테나의 구성을 나타낸 정면도이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국용 안테나에 대해서 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국용 안테나의 구성을 나타낸 정면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 기지국용 안테나(100)는 베이스 플레이트(10) 및 제1 복사 소자 어레이(20)를 포함한다.

베이스 플레이트(10)는 제1 복사 소자 어레이(20)를 지지 하는 동시에 송수신 전파를 반사하는 반사판의 기능을 제공한다.

베이스 플레이트(10)는 내부에 복사 소자를 수용할 수 있는 공간이 형성된 직육면체의 형상으로 제작될 수 있다. 하지만 이에 한정된 것은 아니고, 베이스 플레이트(10)는 원통형, 원뿔형 등 복사 소자를 수용할 수 있는 공간이 형성된 어떠한 형상으로 제작될 수 있다.

베이스 플레이트(10)는 크기는 후술할 제1 복사 소자 군(21)의 제1 복사 소자(21a) 또는 제2 복사 소자 군(22)의 제2 복사 소자(22a)의 갯수에 따라 결정될 수 있다. 예컨데 베이스 플레이트(10)는 파워 가중(Power weighting) 또는 어레이 공간(Array space) 등의 파라미터(Parameter)에 따라 제1 복사 소자(21a) 또는 제2 복사 소자(22a)가 추가될 경우, 추가되는 제1 복사 소자(21a) 또는 제2 복사 소자(22a)를 수용할 수 있도록 커질 수 있다.

제1 복사 소자 어레이(20)는 베이스 플레이트(10) 상에 배치되어, 25 ~ 40도의 수평 빔폭을 출력하여 제1 밴드의 빔을 방사할 수 있다.

이러한 제1 복사 소자 어레이(20)는 제1 복사 소자군(21)과 제2 복사 소자군(22)을 포함한다.

제1 복사 소자군(21)은 베이스 플레이트(10) 상에 복수의 제1 복사 소자(21a)가 일정 간격을 두고 1열로 배치된다.

제2 복사 소자군(22)은 복수의 제2 복사 소자(22a)가 제1 복사 소자 군(21)의 양측에 일정 간격으로 각각 1열로 배치되되, 제1 복사 소자 군(21)의 제1 복사 소자(21a)와 엇갈리게 배치된다. 즉 제2 복사 소자(22a)는 일정 간격으로 이격된 복수의 제1 복사 소자(21a) 사이에 위치할 수 있다. 바람직하게는 일정 간격으로 이격된 복수의 제1 복사 소자(21a)의 가운데 지점으로부터 양측에 동일한 간격으로 이격되어 2열로 배열될 수 있다.

즉 제1 복사 소자 어레이(20)는 제1 복사 소자 군(21)과, 제2 복사 소자 군(22)에 의해 제1 복사 소자(21a)와 제2 복사 소자(22a)가 마름모 형상으로 배열될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 기지국용 안테나(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 4개의 제1 복사 소자(21a)와 6개의 제2 복사 소자(22a)를 상술한 바와 같이 배열하여 제1 복사 소자 어레이(20)를 제작하였지만, 이에 한정된 것은 아니고 파워 가중 또는 어레이 공간 등의 파라미터에 따라 제1 복사 소자(21a) 또는 제2 복사 소자(22a)를 추가할 수 있다.

한편 제1 복사 소자(21a)와 제2 복사 소자(22a)는 50 ~ 70도의 수평 빔폭을 출력할 수 있다.

즉 제1 복사 소자 어레이(20)는 50 ~ 70도의 수평 빔폭을 출력할 수 있는 제1 복사 소자(21a)와 제2 복사 소자(22a)를 상술한 바와 같이 배열하여 25 ~ 40도의 수평 빔폭을 출력할 수 있다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국용 안테나(100)를 비교예 1 및 비교예 2와 비교하여 더욱 상세히 설명한다.

도 2는 비교예 1에 따른 기지국용 안테나의 구성을 나타낸 정면도이고, 도 3은 비교예 2에 따른 기지국용 안테나의 구성을 나타낸 정면도이다.

일 실시예

본 발명의 일 실시예에 따른 기지국용 안테나(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 50 ~ 70도의 빔폭을 출력하는 10개의 복사 소자(21a, 22a)를 상술한 바와 같이 마름모 형태로 배열하였다.

비교예 1

비교예 1은 도 2에 도시된 바와 같이, 50 ~ 70도의 빔폭을 출력하는 8개의 복사 소자(301)를 2열로 배열하여 25 ~ 40도의 수평 빔폭을 출력할 수 있는 안테나(300)를 구현하였다.

비교예 2

비교예 2는 도 3에 도시된 바와 같이, 8개의 복사 소자를 2열로 배열한 비교예 1에서 사이드 로브를 억제시키기 위하여 수평방향으로 복사 소자(401)를 추가하여 25 ~ 40도의 수평 빔폭을 출력할 수 있는 안테나(400)를 구현하였다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국용 안테나(100)의 기능을 비교예 1 및 비교예 2와 비교하여 설명하기로 한다.

도 4는 비교예 1에 따른 기지국용 안테나의 수평 빔 패턴을 나타낸 그래프이고, 도 5는 비교예 2에 따른 기지국용 안테나의 수평 빔 패턴을 나타낸 그래프이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국용 안테나의 수평 빔 패턴을 나타낸 그래프이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 50 ~ 70도의 빔폭을 출력하는 8개의 복사 소자(301)를 2열로 배열한 비교예 1에 따른 기지국용 안테나(300)는 사이드 로브 레벨 -13.7dB의 사이드 로브가 발생된 것을 확인할 수 있다.

다음으로 도 5에 도시된 바와 같이, 8개의 복사 소자(301)를 2열로 배열한 비교예 1에 사이드 로브를 억제시키기 위하여 수평방향으로 복사 소자(401)를 추가한 비교예 2에 따른 기지국용 안테나(400)는 사이드 로브 레벨 -18.5dB의 사이드 로브가 발생된 것을 확인할 수 있고, 비교예 1과 비교하여 사이드 로브가 확연히 억제된 것을 확인할 수 있다.

한편 도 6에 도시된 바와 같이, 50 ~ 70도의 빔폭을 출력하는 10개의 복사 소자를 상술한 바와 같이 마름모 형태로 배열한 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국용 안테나(100)는 사이드 로브 레벨 -25dB의 사이드 로브가 발생된 것을 확인할 수 있고, 사이드 로브가 비교예 1 및 비교예 2와 비교하여 소멸된 상태를 확인할 수 있다.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 따른 기지국용 안테나(100)는 제1 복사 소자(21a) 및 제2 복사 소자(22a)를 수직 방향으로 연결된 복수의 마름모 형상으로 배열하여 수평 방향 패턴 중 주 빔 이외의 방향으로 방사되는 사이드 로브를 효과적으로 억제시킬 수 있다.

이하 본 발명의 다른 실시예에 따른 기지국용 안테나(200)를 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기지국용 안테나의 구성을 나타낸 정면도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 기지국용 안테나(200)는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국용 안테나(100)의 베이스 플레이트(10) 및 제1 복사 소자 어레이(20)가 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하며, 동일한 구성에 대해서는 동일한 명칭 및 동일한 참조부호를 부여하기로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 기지국용 안테나(200)는 제2 밴드의 빔을 방사하는 제2 복사 소자 어레이(30)를 포함한다.

제2 복사 소자 어레이(30)는 제1 복사 소자(21a) 및 제2 복사 소자(22a)와 다른 대역의 제3 복사 소자(30a)가 제1 복사 소자 어레이(20)의 빈 공간에 배치되어, 제2 밴드의 빔을 방사할 수 있다.

즉 제2 복사 소자 어레이(30)는 제1 복사 소자 군(21)의 복수의 제1 복사 소자(21a) 사이의 공간 또는 제2 복사 소자 군(22)의 복수의 제2 복사 소자(22a) 사이의 공간에 제2 밴드의 빔을 방사하는 제3 복사 소자(30a)를 배열하여 제1 복사 소자 어레이(20)와 함께 듀얼 밴드로 동작할 수 있다.

따라서 본 발명의 다른 실시예에 따른 기지국용 안테나(200)는 제1 복사 소자(21a) 및 제2 복사 소자(22a)를 수직 방향으로 연결된 복수의 마름모 형상으로 배열하고, 남은 공간에 제2 밴드의 방사 기능을 제공하는 제3 복사 소자(30a)를 배열하여 안테나 전체 크기가 단축 되면서도 하나의 베이스 플레이트(10) 내에서 듀얼 밴드를 지원할 수 있다.

예컨데, 제3 복사 소자(30a)는 복수의 제1 복사 소자(21a)와 중첩되어 배열되고, 복수의 제2 복사 소자(22a) 사이 양측부의 빈 공간에 배열될 수 있다. 즉 제3 복사 소자(30a)는 마름모 형상으로 배열되어 제1 복사 소자 어레이(20)와의 간섭을 최소화 할 수 있다.

한편 도 8에 도시된 바와 같이, 상술한 비교예 2에 다른 밴드의 복사 소자(402)를 추가할 경우, 기존 밴드의 복사 소자(401)와 다른 밴드의 복사 소자(420)가 중첩되어 배열되기 때문에 복사 소자들 간의 간섭이 발생될 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 기지국용 안테나(200)는 제1 복사 소자(21a) 및 제2 복사 소자(22a)를 수직 방향으로 연결된 복수의 마름모 형상으로 배열하고, 남은 공간에 제2 밴드의 방사 기능을 제공하는 제3 복사 소자(30a)를 배열하여 복사 소자 간의 간섭을 최소화 시킬 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

10 : 베이스 플레이트 20 : 제1 복사 소자 어레이
21 : 제1 복사 소자 군 21a : 제1 복사 소자
22 : 제2 복사 소자 군 22a : 제2 복사 소자
30 : 제2 복사 소자 어레이 30a : 제2 복사 소자
100, 200 : 기지국용 안테나

Claims (5)

1. 베이스 플레이트;
   상기 베이스 플레이트 상에 배치되고, 복수의 제1 복사 소자가 1열로 배치된 제1 복사 소자 군과, 복수의 제2 복사 소자가 상기 제1 복사 소자 군의 양측에 각각 1열로 배치되되 상기 제1 복사 소자 군의 복수의 상기 제1 복사 소자와 엇갈리게 배치되는 제2 복사 소자 군을 구비하고, 25 ~ 40도의 수평 빔폭을 출력하여 제1 밴드의 빔을 방사하는 제1 복사 소자 어레이;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국용 안테나.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 복사 소자 어레이의 상기 제1 및 제2 복사 소자가 마름모 형상으로 배열된 것을 특징으로 하는 기지국용 안테나.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 복사 소자 또는 상기 제2 복사 소자는 50 ~ 70도의 수평 빔폭을 출력하는 것을 특징으로 하는 듀얼 밴드 기지국용 안테나.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 복사 소자 및 상기 제2 복사 소자와 다른 대역의 제3 복사 소자가 상기 제1 복사 소자 어레이의 빈 공간에 배치되어, 제2 밴드의 빔을 방사하는 제2 복사 소자 어레이;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국용 안테나.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 제2 복사 소자 어레이의 상기 제3 복사 소자는 상기 제1 복사 소자 군 의 상기 제1 복사 소자 또는 상기 제2 복사 소자 군의 상기 제2 복사 소자 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 기지국용 안테나.

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